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【摘 要】钢结构设计中的稳定性是影响钢结构工程安全和质量的重要因素之一。在实际设计中，设计人员应该明确结构构件的稳定性能，避免钢结构稳定性设计中出现的问题，要掌握钢结构稳定性设计的原则。根据工程的实际情况进行钢结构稳定性设计，避免在其使用过程中出现失稳现象，引发重大的安全事故。
【关键词】建筑工程；钢结构设计；稳定性
一、钢结构失稳的种类
1、分支点失稳
钢结构轴心受压构件在完好的情况下，当端部受到荷载压力时，所承受的压力小于或等于某一限值，依然保持稳定平衡状况，那么钢结构构件截面承受着均匀的压应力，即使沿轴线所产生的状况也只是压缩变形。相反，如果当端部受到荷载压力时，所承受的压力大于限值，钢结构构件将发生弯曲变化，那么就会导致原有的轴心受压平衡形式发生改变，从而分支点失稳。当荷载增加时，钢结构平衡出现改变的同时，还出现新的平衡形式造成失稳。
2、跳跃失稳
该失稳主要是由于塑性扩展到一定程度时，钢材做成的偏心受压构件失去了稳定性能力，从而导致平衡形式发生改变出现失稳。与分支点失稳不同，跳跃失稳主要是当钢结构构件状态失去稳定性平衡后，跳跃至其他稳定性平衡状态。如图1所示，在荷载q下，荷载曲线OA成稳定上升阶段，一旦曲线达到最高点A，就会自动跳跃到C点，拱结构下垂，由于AB曲线不稳定，而BC曲线处于稳定上升阶段，不存在分支点和极值点，因此，断定钢结构失稳。
图1跳跃失稳
二、稳定性的设计原则
1、构件与细部构造稳定性计算方法一致
在钢结构设计中，要使构造设计与结构计算相匹配，以满足构件稳定性和设计结构细部构造的一致性。对传递弯矩和不传递弯矩的连接节点，应该分别给予足够的刚度和柔度；对桁架节点的设计也应尽量减少杆件偏心等，这些仅仅是设计构件细部构造。但是，当涉及到稳定性时，对细部构造就会有其他要求，比如简支梁就抗弯强度来说，对不动铰支座的要求只是阻止位移和允许其在平面内转动，然而在处理梁整体的稳定性时，支座除了要满足上述要求外，还需要阻止梁绕纵轴扭转，允许梁在水平面内转动和梁端截面自动翘曲。
2、兼顾整体和组成部分稳定性的要求
目前，大部分钢结构设计都是以平面体系为出发点的，比如桁架设计和框架设计等。为了避免出现平面失稳问题，需要从钢结构的整体布局出发，设计有针对性的支撑构件，也就是说要使平面构件的结构布置与平面稳定计算保持一致。比如，在平面桁架组成的塔架中，要注意横隔设置和杆件之间的稳定性。
三、建筑工程钢结构设计中存在问题及对策
钢结构设计中防火和防腐设计对钢结构稳定性都会产生影响，下面分别就这两个方面予以深入探讨。
1、钢结构设计防火方面的问题及对策
钢结构建筑主要采用的建筑材料为钢材，属于不易燃材料，但是钢材又具有不耐高温的特点，一旦温度达到相应程度，钢材会出现断裂情况，严重者会使整个建筑结构发生失稳，从而对整个钢结构建筑产生巨大的安全隐患，所以对钢结构建筑产生最大威胁的就是火灾，若是在进行钢结构设计时没有充分考虑这一因素，导致防火方面存在缺陷，那么必将造成严重的后果。钢结构建筑发生火灾而造成巨大的经济损失和人员伤亡例子也很多，因此，在钢结构建筑设计时必须充分考虑其防火问题。钢结构建筑在防火性能上要弱于钢筋混凝土结构建筑，通常在钢结构建筑设计中采用的防火措施有以下两种:第一种，采用保全板，将其合理设置在钢结构建筑中，以此起到防火作用；第二种，在钢结构的不同部位涂抹厚薄不均的防火涂料，并采用装饰漆涂抹露明部位。
2、钢结构设计防腐方面的问题及对策
钢材受自然因素影响较大，一旦长时间暴露在室外环境中，就极易被锈蚀，不仅钢材的外观会深受影响，钢材的质量也会大打折扣。腐蚀后钢材有效厚度变小或发生应力集中，钢结构应力比减小，此处钢结构应力比包括三个方面：作用弯矩与考虑屈曲后强度抗弯承载力比值、平面内稳定应力比、平面外稳定应力比。当钢结构应力比超过超过一定限度时，钢结构会发生失稳从而导致建筑物倒塌。因此，在钢结构建筑设计中钢材防腐问题也应必须引起高度重视。当前，钢结构建筑设计中对于防腐方面问题的解决方法通常是采用涂抹防腐涂料的措施。设计人员会根据钢结构建筑的要求选用合适的防腐涂料，并要求施工人员在施工中严格按照相关要求规范进行操作。
四、建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点
钢结构体系稳定性研究虽然取得了一定的进展，但也存在一些不容忽视的问题：
1、目前在网壳结构稳定性的研究中，梁-柱单元理论已成为主要的研究工具。但梁-柱单元是否能真实反映网壳结构的受力状态还很难说，虽然有学者对梁-柱单元进行过修正。主要问题在于如何反映轴力和弯矩的耦合效应。
2、在大跨度结构设计中整体稳定与局部稳定的相互关系也是一个值得探讨的问题，目前大跨度结构设计中取一个统一的稳定安全系数，未反映整体稳定与局部稳定的关联性。
3、预张拉结构体系的稳定设计理论还很不完善，目前还没有一个完整合理的理论体系来分析预张拉结构体系的稳定性。
4、钢结构体系的稳定性研究中存在许多随机因素的影响，目前结构随机影响分析所处理的问题大部分局限于确定的结构参数、随机荷载输入这样一个格局范围，而在实际工程中，由于结构参数的不确定性，会引起结构响应的显著差异。所以应着眼于考虑随机参数的结构极值失稳、干扰型屈曲、跳跃型失稳问题的研究。从上面可以看出，我们的钢结构稳定理论还是不够完善，我们在设计中一般都是把钢结构看成是完善的结构体系，针对上述问题我们可以看出在设计中我们没有考虑一些随机因素的影响。但是我们在考虑这些因素之前，应该弄清楚这些随机因素的来源，一般情况下把影响钢结构稳定性随机因素分为三类：
（1）物理、几何不确定性：如材料（弹性模量，屈服应力，泊松比等）、杆件尺寸、截面积、残余应力、初始变形等。
（2）统计的不确定性：在统计与稳定性有关的物理量和几何量时，总是根据有限样本来选择概率密度分布函数,因此带来一定的经验性。这种不确定性称为统计的不确定性，是由于缺乏信息造成的。
（3）模型的不确定性：为了对结构进行分析，所提的假设、数学模型、边界条件以及目前技术水平难以在计算中反映的种种因素，所导致的理论值与实际承载力的差异，都归结为模型的不确定性。
结束语
建筑工程的快速发展，促使钢结构广泛应用于建筑工程中，然而钢结构设计的稳定性直接影响着钢结构建筑的整体质量，因此，本文对建筑工程中钢结构设计的稳定性与设计要点进行了认真分析与探讨，希望能为所需者提供借鉴。
参考文献：
[1]王丽丽.钢结构稳定性设计研究［J］.黑龙江科技信息，2013（30）.
论文作者:阎玉敏
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年6月总第199期供稿
论文发表时间:2015/10/14
标签：钢结构论文; 稳定性论文; 结构论文; 构件论文; 应力论文; 稳定论文; 荷载论文; 《工程建设标准化》2015年6月总第199期供稿论文;